挤压工艺及模具习题库参考答案

挤压工艺及模具习题库参考答案

1.答：反挤压进入稳定阶段，坯料的变形情况可分为以下几个区域：

已变形区、变形区、过渡区、死区、待变形区。

2.答：三向应力之所以可以提高被挤压材料的塑形，归纳起来主要

原因是：第一：三向压应力状态能遏制晶间相对移动，阻止晶间变形。第二：三向压应力状态有利于消除由于塑性变形所引起的各种破坏。第三：三向压应力状态能使金属内某些夹杂物的危害程度大为降低。第四：三向压应力状态可以抵消获减小由于不均匀变形而引起的附加应力，从而减轻了附加应力所造成的破坏作用。

3.答：在塑形变形过程中，变形金属内部除了存在着与外力相应的

基本应力以外，还由于物体内各层的不均匀变形受到变形体整体性的限制，而引起变形金属内部各部分自相平衡的应力，称为附加应力。

4.答：实心件正挤压的金属流动特点：坯料除了受凹模工作表面的

接触摩擦影响外，还受到芯棒表面接触摩擦的影响，因而坯料上的横向坐标线向后弯曲，不再有产生超前流动的中心区域，这说明正挤压空心件的金属流动比正挤压实心件均匀一些。在进入稳定流动时，剧烈变形区也是集中在凹模锥孔附近高度很小的范围之内，金属在进入变形区以前或离开变形区以后几乎不发生塑性变形，仅作刚性平移。

5.答：附加应力不是由外力引起的，而是为了自身得到平衡引起的。

因此，当外力取消以后，附加应力并不消失而残留在变形体内部，成为残余应力。附加应力和残余应力的危害：第一：缩短挤压件的使用寿命；第二：引起挤压件尺寸及形状的变化；第三：降低金属的耐蚀性。

6.答：缩孔是指变形过程中变形体一些部位上产生较大的空洞或凹

坑的缺陷。当正挤压进行到待变形区厚度较小时、甚至只有变形区而无待变形区时，会产生缩孔。筒形件反挤压时进行到待变形区厚度较小，甚至当坯料底厚小于壁厚时仍继续反挤，则会因材料不足以形成较厚的壁部而产生角部缩孔缺陷。

7.答：挤压对金属组织和力学性能的影响有：挤压时，在强烈的三

向应力作用下金属晶粒被破碎，原来较大的晶粒挤压后变成为等轴细晶粒组织，因而提高了强度。

8.答：冷挤压时常用材料的形态有：线材、棒材、管料、板料等。

9.答：冷挤压坯料进行软化处理的原因：为了改善冷挤压坯料的挤

压性能和提高模具的使用寿命，大部分材料在挤压前和多道挤压工序之间必须进行软化处理，以降低材料的硬度，提高材料的塑形，得到良好的显微组织，消除内应力。

10.答：碳钢和合金钢坯料冷挤压前要进行磷化处理。磷化处理又叫

磷酸盐处理，也就是把钢坯放在磷酸盐溶液中进行处理。处理时金属表面发生溶解和腐蚀。由于化学反应的结果，在金属表面上形成一层很薄的磷酸盐覆盖层。

11.答：奥氏体不锈钢因与磷酸盐基本上不发生化学反应，所以不能

用磷化处理，故用草酸盐处理来代替。硬铝坯料苏醒差，在挤压过程中，为了避免产生裂纹，应使硬铝坯料表面形成一层氧化膜。

可用氧化处理、磷化处理或氟硅化处理来获得。

12.答：冷挤压力即冷挤压变形前所需要的作用力。它是设计模具、

选择设备的依据，并可衡量冷挤压变形前的难易程度。

13.答：影响冷挤压力的因素主要有：冷挤压用材料、变形程度、变

形温度、变形速度、毛坯的几何形状、变形方式、润滑条件及模具结构等因素的影响。

14.答：冷挤压时单位挤压力很大，对挤压件的精度要求高，因此对

冷挤压使用的压力机提出了一些特殊要求：第一：能量要大；第二：刚性要好；第三：导向精度要求高；第四：要具备顶出机构；

第五：要有过载保护装置；第六：能提供合适的挤压速度；第七：要对模具进行润滑冷却的装置。

15.答：冷挤压模具应具有以下特点：第一：模具应有足够的强度和

刚度，要在冷热交变应力下正常工作；第二：模具工作部分零件材料应具有高强度、高硬度、高耐磨性，并有一定的韧性；第三：凸、凹模几何形状应合理；第四：模具易损坏部分应更换方便；

第五：为提高工作部分强度，凹模一般采用预应力组合形式，凸模有时也采用组合形式；第六：模具工作部分零件与上下模板之间要设置厚实的淬硬压力垫板；第七：上下模板采用中碳钢经锻造或直接用钢板制成，应有足够的厚度，以保证模板具有较高的

强度和刚度。

16.答：为了提高冷挤压凹模的强度，确保凹模在较大的单位挤压力

下有较长的使用寿命，一般采用预应力组合凹模结构形式。17.答：组合凹模的压合工艺主要有以下三种：第一：热压配合法；

第二：冷压配合法；第三：常温强力压合法。

18.答：对冷挤压工作零件材料的要求有：第一：必须具有高强度和

高硬度；第二：应具有相当高的韧性，可以避免由于冲击、偏心载荷，疲劳应力集中而引起的折断和开裂破坏；第三：应具有较高的耐磨性；第四：具有足够的耐热性能；第五：材料必须有良好的加工性能。

19.答：热挤压时钢的加热缺陷有：氧化、脱碳、过热、过烧、开裂

等。氧化皮大大降低了挤压件的表面质量，增加了模具的磨损；

当钢中含有钨、铝、钛、硼等合金元素时，特别容易引起脱碳；

对于过热不太严重的钢，通过大变形量的锻造可以得到改善；坯料一旦过烧，锻造时一击便碎，工件只能报废；高合金钢的导热性能差，开裂倾向也大，必须缓慢加热，严防开裂。

20.答：感应加热是交变电流通过感应线圈产生感应交变磁场，进而

感应出交变电场。将金属坯料置于电场中，因其导电而产生感应电动势，形成闭合回路，在棒料（坯料）内产生感应电流而达到加热的目的。

21.答：冷挤压件图是在零件图基础上加上了机械加工余量、成形公

差和工艺余料等而绘制的，主要勇于最终挤压件的检验、后续机

械加工工艺的编制和工夹具的设计等。热挤压件图则是在冷挤压件图的基础上加上收缩量，主要用于挤压模具的设计与制造、挤压过程的质量控制等。

22.答：温挤压模具在连续生产过程中温度迅速上升，当模具的温度

达到其回火软化温度时，在很高的挤压应力的作用下会发生变形，表面硬度下降，使模具迅速失效。因此，必须对模具进行充分的冷却，使其维持在200摄氏度左右，保证其性能的发挥；在挤压温度在250摄氏度以上时，采用冷挤压时的润滑方法，会使磷化层和皂化剂烧损，使润滑条件恶化，因此，在温挤压时，润滑剂的选取很重要，是温挤压成败的关键因素。

23.答：如果零件最终热处理前对组织状态有要求时，特别是要求过

共析钢为球状珠光体时，则要求其温挤压温度在相变温度前。当原球状珠光体经相变为奥氏体组织，再经挤压后冷却为片状珠光体组织的温挤压件，不仅不利于切削加工，而且经最终热处理淬火后的马氏体组织粗大，容易产生淬火变形，影响零件的力学性能。因此，其挤压后的组织应为球状珠光体。

24.答：温挤压对润滑剂的要求：第一：对摩擦表面具有最大活性和

足够的粘度，不易流失，较好地粘附摩擦表面；第二：润滑剂应具有一定的热稳定、耐热性和绝热性；第三：润滑剂的化学稳定性要高；第四：在温挤压温度下能均匀地粘附在坯料表面或模具表面上，形成均匀的润滑膜；第五：具有良好的悬浮分散和可喷涂性能。

25.答：与冷热挤压相比，温挤压模具的结构特点：第一：具有抗室

温及中温破坏的足够的硬度、强度与韧性；第二：在反复变形力与热的作用下，必须具有高的抗磨损、耐疲劳性能；第三：模具工作部分易损零件应装拆方便，固定可靠；第四：在模具上应设计循环冷却系统，使凸膜、凹模等模具工作零件充分冷却；第五：所选用的模具材料应具有良好的加工性能。

26.答：挤压实心型材采用两种基本方法，即金属正向流动的挤压、

金属反向流动的挤压；空心型材的挤压可采用两种基本的方法，即挤压针管材挤压法、组合模焊合挤压。

27.答：确定工艺参数时，应综合考察金属与合金加工时的可挤压性

和对制品质量的要求（尺寸与形状的允许偏差，表面质量，组织与性能等），以满足提高成品率与生产率的需要。

28.答：选择铸坯直径时，应在满足制品断面力学性能要求和均匀性

要求的前提下尽可能采用较小的挤压比。但是，在挤压外接圆大的复杂形状断面型材时，要考虑模孔轮廓不能太靠近挤压筒壁，以免制品出现分层缺陷。挤压管、棒、型、线材的锭坯一般为实心圆锭坯，但在生产有些特殊要求的管材时最好使用空心铸坯，包括锭坯直径计算和锭坯长度计算。

29.答：挤压模按模孔轴向断面形状可分为平模、锥形模、平锥模、

流线形模和双锥模等。按模具结构可分为整体模、分瓣模、可卸模、活动模、舌型组合模、平面分流组合模、嵌合模、叉架模、前置模、保护模等。

30.答：在实心型材模的设计中减少金属流动不均匀的措施有第一：

采用不等长的工作带；第二：采用阻碍角或促流角；第三：采用平衡模孔；考虑模孔的配置、模孔制造尺寸的确定和选择，保证型材断面各个部分的流动速度均匀，并且要选择有足够强度的模具结构。

31.答：在布置多孔模的模孔时，不仅需要考虑型材断面各部分流动

的均匀性，有时还需要考虑模子的强度问题。为了保证模具的强度，多孔模各个模孔之间的距离应当合适，不能过小。在实际生产中模孔之间的间距大体在15-50mm范围内，对于19.6MN以下的挤压机取20-30mm；49MN左右的挤压机取35-50mm；对于

78.4MN以上的大型挤压机，可取60mm以上。同时，模孔间距

应系列化，以便模垫可互相交换使用。

32.答：实心型材挤压模具设计时要考虑模孔的合理布置、模孔几何

尺寸的确定、减少金属流动不均匀性的措施、型材模子的强度校核等。

33.答：舌形模又称桥式模，在空心铝合金型材的挤压生产中，舌形

模是应用最早的一种，与其他组合模相比，舌形模具有最小的挤压力，型材各个部分金属流动均匀，可以采用较高的挤压速度等一系列优点，因此舌形模在硬铝合金空心型材的挤压生产中应用得比较普遍。舌形模的主要缺点是挤压压余大，强度较差，且制造加工困难。舌形模的结构类型有四种结构形式：突出桥式，半突出桥式，埋入桥式，平面桥式。

34.答：舌形模的设计结构要素比较复杂，常对其主要结构要素进行

分析。主要包括：模桥、焊合室、模芯（舌头）、模孔工作带。

35.答：平面分流模一般由上模和下模组合而成。平面分流模挤压型

材的特点：第一：可适于用舌形模很难生产，甚至无法生产的双孔、多孔或内腔复杂的空心型材；第二：可以生产悬臂梁较大、用平模很难生产的半空心型材的挤压；第三：可以生产断面形状复杂、壁厚相差大或多齿的实心型材；第四：平面分流模较舌形模容易加工，挤压残料较舌形模的短且分离残料容易。

36.答：分流孔个数的选择要根据制品外形尺寸、断面形状和模孔排

列位置来确定，一般有二孔、三孔、四孔和多孔。分流孔的形状要根据制品的外形来确定，一般有圆形、扁椭形、腰子形、扇形和异形；模芯又称舌头，根据模芯工作带部分的结构不同，模芯可以分为凸台式、锥台式、锥式三种基本结构形式；焊合室常见的有圆形和蝶形两种；平面分流模的孔空刀结构一般说来，当型材壁厚t>2mm时，可采用加工容易的真空刀和斜空刀结构；当t<2或带有悬臂处可用组合空刀结构；对于危险断面处（如带有小燕尾槽的型材等）可用两种空刀结构。

37.答：型材挤压工艺，包括确定挤压工艺参数、选择合适的润滑条

件、挤压比的确定及合理锭坯尺寸的计算，它们与合金种类、制品规格和设备能力有关。

38.答：挤压是铝合金型材成形加工中的主要工序，其它工序及其连

续性取决于型材的供应状态，而供应状态又首先取决于用户所提

出的要求。不同的热处理所得到的型材状态不同。

39. 答：型材挤压模进行渗氮处理，主要目的是通过渗氮使模具表面改变性能，提高模具的硬度和防腐蚀性。

40. 答：热挤压型材模具应具备的性能条件有：第一：高的强度和硬度；第二：高导热性和稳定性；第三:搞的耐蚀性；第四：良好的淬透性；第五：抗激冷、激热的适应能力；第六：良好的工艺性能。

41. 答：依题意可知：

公式计算法： 正挤单位压力：12ln b h A s e p c A μσ?? ?+= ? ??? 正挤压力：12ln 0.85b h A s

e p F A c A A μσ?

? ?=+= ? ???

其中：

材料的断面减缩率： 221

129455.6%9A A d d A d ε---====

根据教材表4-2知材料加工硬化系数： 1.84c =

08钢的抗拉强度324M Pa b σ

= 取摩擦因数：0.1μ= ，

凹模工作带长度：16mm h =，

挤出件的壁厚：2mm s =

所以：单位挤压力：

20.1162129ln 1.84324ln 3436.2M Pa 4b h A s

e p c e A μσ???? ???+==??+= ? ??? ???

因为采用的是锥形凹模挤压，故总挤压力：

620.850.853436.21020.003165.1KN p F A π==?????=

图算法：

1），根据毛坯直径9m m d = ，和挤压后直径4mm 1d =，查教材图4-17中图①中的交点a 分别向上、下投影，得到挤压比G=3.0断面减缩率：68%A ε=。

2）根据图②中挤压比G=3.0和材料硬度120HBS 的斜线的交点b ，投影到纵坐标轴上得到未修正的单位冷挤压力'1800M Pa p

=。 3）根据③中'1875M Pa p

=和2h d = 得到交点才，由c 点向上投影，查得180α= 时，部分修正的单位挤压力1900M Pa

1p =。 4)将图④中11900p MPa =的点投影到120α= 斜线上，得d 点，由d 点向

右投影到纵坐标轴上，则得到已修正的单位挤压力__

1660M Pa p

=。 5）将图⑤中求得的__

1660M Pa p =的点，向毛坯直径9mm d = 的斜线上

投影得e 点，再由e 点向下投影到横坐标轴上，则得总挤压力为F=300KN

比较：单位挤压力的相对误差1-3436.21660==51.69%3436.2p p p ε-=公图

公

总挤压力的相对误差2-165.1300==81.7%165.1F F F ε-=公图

公

经过比较发现公式计算法和图解法计算结果误差较大，导致这情

况的出现可能原因教材所给图解表坯料直径范围太小，造成本题所给坯料直径不能在图解表中准确定位。

42． 答：公式计算法：

依题意可知：

正挤单位压力：

'0.52b d p c f s μσ??

=+ ???

正挤压力：

'0.52b d p F A c f A

s μσ??

=+= ???

其中：

材料的断面减缩率： 2

11224

80%30A A d

A d ε====

根据教材表4-3知材料加工硬化系数：' 1.9c =

凸模凹模工作部分几何形状系数取0.8f =

08钢的抗拉强度500M Pa b σ=

取摩擦因数0.1μ= ，

取毛坯长径比为0.6 ，凹模工作带长度15mm h =，

挤出件的壁厚3mm s =

所以，单位挤压力：

0.5'0.50.1242 1.90.950022052M Pa

3d p c f b s μσ????

??=+=???+= ? ?????

总挤压力：

622052100.012927.8KN p F A π==???=

图算法：

1），根据毛坯直径30mm d = ，和挤压后直径24mm 1d =，查教材图4-18中图①中的交点a 分别向上、下投影，得到挤压比G=3.8断面减缩率；74%A ε=。

2）根据图②中挤压比G=3.8，材料硬度140HBS 和0.6h d = 的斜线的

交点b ，投影到纵坐标轴上得到未修正的单位冷挤压力__

'1750M P a p

=。

3）由74%A ε=和1h d = ，从图⑤查得高度修正系数k 1.0≈

4)根据__

'1750M P a p =和k 1.0≈得到交点c ，由c 点向上投影，查图③得已

修正的单位挤压力__2150M Pa p =。

5）根据__

2150M Pa p =和30mm d = ，查图④中得到总挤压力为F=800KN

比较：单位挤压力的相对误差1-20522150==4.7%2052p p p ε-=公图

公

总挤压力的相对误差2-927.8800==13.8%927.8F F F ε-=公图

公

经过比较发现公式计算法和图解法计算结果存在一定的误差，但在实际工程允许的情况下，这种误差是可以接受的，即公式计算法和图解法计算结果均可作为实际工程情况参考。

43. 答： a)图工件：

方案一：采用杯-杯复合挤压一次成形一次成型，然后采取机械加工

方法，将中间连皮切除。

工序过程中主要图形

方案二：采用实心坯料，经过反向挤压后（或再附加变薄引伸），最后将底部冲掉而成。

工序过程中主要图形

方案三：采用空心坯料，进行贯穿挤压。在首次挤压之后，不将挤压

件退出，而在它的上面再放上第二个坯料。挤压时，第二个坯料A 将第一个坯料B的挤压件从凹模孔中推挤出来，形成空心管。

工序过程中主要图形

b)图工件：

方案一：反挤压。

工序过程中主要图形

方案二：正挤压。

工序过程中主要图形

44.答：此例明显是杯-杆类挤压件，且2200.40.45020mm d D =≥=?=，经过计算分析，可以采取复合挤

压。

（1）上杯的断面减缩率A ε：

()221222521100%29.44%225A A A A πεπ??--=?==??

下杯的断面减缩率A ε

212220100%64%225A A A A πεπ-??=?==??

成形流动的倾向性和中间坯料形状及尺寸如下图：